祝燕飞 刘成权

摘要 以教材为载体、课程标准为指导，培养学生核心素养为目标，采用以脑为导向的教学（BTT）模式，引发学生对“细胞的结构和功能”进行探索与学习。教学中，通过引导学生提出问题、质疑和优化实验设计，培养学生的理性思维和科学探究的学科核心素养;通过为学生提供科学实验事实，帮助学生建立“结构与功能相适应”的生命观念。

关键词 细胞核 BTT模式 科学思维 结构与功能观

中图分类号C633. 91

文献标志码B

1 引言

BTT模式，即“以脑为导向的教学（Brain-Target-edTeaching，BTT）”模式，由哈迪曼提出，是基于神经和认知科学领域的研究而设计的完整的教学指导框架，帮助教师们科学地计划、执行、评估教学程序。该模式由六大“脑一目标”构成：①为学习营造情绪氛围;②为学习打造良好的物理环境;③设计学习体验;④教授掌握内容、技能和概念;⑤教授知识的扩展和应用;⑥评估学习。尽管每个“脑一目标”被表征为相对分离的部分，但这六个部分之间却是相互关联的，是一个有机的系统，能够为教学者提供指导與方案。

下面以人教版《必修1.分子与细胞》“细胞核—～系统的控制中心”一节为例，阐述在生物教学中如何应用BTT模式，进一步提高教学的有效性。

2 基于BTT模式的教学过程

2.1 为学习营造情绪氛围（脑一目标①）

笔者剪辑电影《逃出克隆岛》中的情节，制作一段1.5 min的视频，通过视听刺激和震撼的故事情节把学生的注意力引至课堂，为学习营造情绪氛围。视频播放结束后，教师提出问题：“理论上，培养克隆人需要依赖于捐赠者的什么细胞结构？”教师利用学生回答，导入“细胞核”的学习。

2.2 为学习打造良好的物理环境（脑一目标②）

教室中的物理环境是一种无声而有力的信息，环境中的新异性触发觉醒和定向系统。因此，教师可通过调整教室环境来帮助学生在学习中保持注意、参与感和兴趣：（1）每四张桌子拼起来，学生围坐;（2）每组桌子上分别有小组1～小组13的席卡;（3）每小组均发放白板一块和信封袋一个，包括小组活动模型、剪刀、白板笔和板擦。

2.3 设计学习体验，建立“全局观”（脑一目标③）

在教学实践时，大多数教师往往选择对教材上的4则材料进行分析，总结出细胞核的功能，简化细胞核结构的教学，通过展示模式图直接告知细胞核各结构及功能，缺乏对学生科学思想和探究能力的培养。因此，笔者在教学时对教学内容进行筛选和加工重组（表1），科学灵活地运用教材设计学习体验，以实证、逻辑、质疑为主线，旨在教学过程中渗透科学本质教育。

2.4 学习与应用知识（脑一目标④一⑤）

教师在脑一目标③中明确了教什么，接着要在实现脑一目标④的过程中明确如何教，采用有效的方法策略使得学生掌握本节的内容、技能和概念。学生在习得新知的同时，理解实验探究的基本思路与方法，并且创新性地将其应用于新实验的设计与探究（脑一目标⑤）。

2.4.1 依托假说一演绎法，学生深入体验“伞藻的嫁接和核移植”实验

通过对“美西螈核移植实验”的设计与探讨，学生初步明确了实验设计的原则和方法。在此基础上，教师带领学生进一步深化实验探究的过程。教师在课前用不同颜色的彩纸制作两种伞藻模型，背面粘贴软磁片，使其可吸附在磁性白板上。伞藻模型可剪断，可移动，假根内细胞核用彩色圆形软磁片代替。4位学生为一组，每组学生发一个磁性白板（45x60 cm）。教师展示资料介绍伞藻特征，在教学中依托假说一演绎法完成“伞藻的嫁接、核移植实验”的分析。

（1）发现问题：伞帽的形状由哪一部分决定？

（2）提出假设：

①伞帽的形状跟伞柄有关;

②伞帽的形状跟假根有关;

③伞帽的形状跟伞柄和假根都有关。

（3）设计实验。

（4）演绎实验：学生使用信封中的伞藻模型在白板上推演实验过程，讨论并做必要的文字注解。小组讨论后，代表“不同假说”的小组展示并说明伞藻嫁接实验的演绎结果（图1）。

（5）实验验证：教师展示科学家进行的“伞藻嫁接实验”结果。

（6）得出结论：伞藻嫁接实验说明伞帽的形状由假根决定。

教师引导学生再发现问题：伞帽的形状由假根中的什么结构决定？学生提出假设、设计实验，在白板上推演“伞藻核移植实验”并展示演绎结果（图2），教师提供科学实验结果，学生讨论并得出结论：伞帽的形状由细胞核决定。

在活动过程中，学生调动多感官参与学习，思维活跃，积极参与，通过“剪、贴、移、写、说”在白板上推演、分析实验，体会科学探究的过程与方法。

2.4.2 通过论证分析，学生设计“变形虫的去核和核移植实验”

脑一目标⑤鼓励通过提升创造性和革新思维对知识加以延展和应用。经过前两个实验的设计、优化与论证，学生对实验设计原则、科学探究过程有了一定的体会与认识。在此基础上，教师鼓励学生设计新的实验进一步论证细胞核的功能，并在播放“变形虫摄食及运动”的视频后，提出问题：变形虫的生命活动由细胞的什么结构决定？由学生完成实验设计及论证。

（1）教师展示变形虫切割实验，学生得出“细胞核控制变形虫的生命活动”的主张。教师提示实验设计原则，鼓励学生质疑。学生提出质疑：变形虫有核部分的细胞质有可能控制其生命活动。

（2）教师渗透生物实验思维中的减法原理，学生设计变形虫去核实验，提出主张。学生提出质疑：去核过程导致的损伤使变形虫失去存活能力。

（3）教师渗透生物实验思维中的加法原理，学生设计变形虫核移植实验（图3）。教师展示实验结果，学生得出结论：变形虫的生命活动由细胞核控制。

该教学过程体现“资料一提出主张一质疑一设计实验一再验证”的论证过程，外化学生的思维过程，学习过程变得更有挑战性，从而激发学生的求知欲，提高学习积极性。学生参与论证活动，通过严密的逻辑推理对科学知识和实验探究产生更深层次的理解，形成批判性思维。

2.4.3 基于实验证据，带领学生进入微观世界

学生通过以上探究实验，总结出细胞核的功能是遗传和代谢的控制中心，但并不清楚原因。此时，教师渗透“结构与功能相适应”的观点，引导学生从细胞核的结构印证其功能。这部分的教学采取“细胞核电镜照片、实验证据一分析、推理、总结对应结构的功能一模式图一课后制作模型”的呈现思路。首先，教师展示细胞核在光學显微镜、透射电镜、扫描电镜下的全貌及局部，学生描述看到膜结构、小孔等结构，教师指出各结构的名称。然后，教师一一展示实验证据，逐个突破各结构的功能：

①学生根据双层核膜的透射电镜图片、核孔复合体扫描电镜图片及核孔、核孔复合体有效直径9-25 nm等数据，总结核膜及核孔的作用。

②学生分析实验资料，总结核仁的功能：在快速生长的胚细胞和分泌蛋白质的细胞内，核仁特别发达;用很细的光束破坏核仁，细胞的蛋白质合成大部分被抑制。Brachet等用放射自显影证明，3H标记的U首先进入核仁，再转移到细胞质;用很细的光束破坏核仁，则3H标记的U不再向核仁掺入。科学家从核仁中找到核糖体大亚基的前身物质，这些颗粒在核仁内装配，再转运到细胞质中。

③教师展示染色质、染色体的光镜、电镜照片及模式图，阐明染色质与染色体的组成及两者之间的关系;引导学生总结出细胞生命活动的“蓝图”（图4），体现“结构与功能相适应”的生命观念。

最后，呼应课堂开始时播放的《逃出克隆岛》的科幻故事，教师引导学生分析为什么理论上培养克隆人需要供体细胞的细胞核，从而引发学生对科学研究与伦理关系的思考。学生主动思考，体会“科学研究应更好地为人类社会服务，而不能凌驾于道德和伦理之上”，凸显“社会责任”这一核心素养的落地。

2.4.4 学生课后合作构建概念图，建立“全局观”

教师提供各个概念节点，学生通过小组合作讨论，在课后将各概念节点用连接线连起来，并在连接线上注明连接词，把概念连接起来，形成一张较为完整的概念图。

2.5 评估学习（脑一目标⑥）

脑一目标⑥关注的是对学生学习的评估。这是以脑为导向的教学模式的最后一部分，但评估不是仅仅在课堂结束时进行，而是发生在教学的每一阶段，使学生在记忆和理解方面获益，同时促进学生进行批判性和创造性思考。本节课主要采用课堂点评、学生互评与课后概念图评价三种评价方式。

3 结语

BTT模式是综合了神经、认知科学的有效教学方法，可以指导教师在教学过程中不断改善教法、完善教学设计。本节课的教学基于BTT模式，在科学实验、探究活动和材料分析中，重视引导学生运用证据和逻辑去质疑、辩论，对学生的科学思维和科学探究能力进行训练;通过课堂合作探究，课后构建概念图，促进学生认同“结构与功能相适应”的生命观念;通过对“克隆人”情节的再挖掘，落地社会责任的核心素养。

参考文献：

[1]玛丽亚·哈迪曼著，杨志等译.脑科学与课堂一以脑为导向的教学模式[M].上海：华东师范大学出版社，2017：11-15.

[2]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2008：308-312.

[3] 翟中和.细胞的结构与功能[J].新乡医学院学报，1985，（S1）：43-51.